20010604　シリコンの歯車

　物欲$${^{*1}}$$にも何らかの理由があれば、罪深い欲のある自分を納得させることがある程度はできる。そこで結婚してから丁度切りのいい年月が経とうとしているので、それを記念して妻と揃いの時計を買うことを画策した。この考えには妻も賛同してくれた。結婚記念日は10月だからまだまだ先だが、高い買い物になりそうなのでどんな時計を買うかを充分吟味しなければならない。そのために腕時計に関する情報を収集している。

　こうしてはっきりとした理由があれば「物欲」という言葉は当てはまらなくなってくる。

　ある腕時計情報誌$${^{*2}}$$を読んでいたら、ある腕時計の記事に目が留まった。それはスイスの時計製造会社「Ulysse Nardin ユリス・ナルダン$${^{*3}}$$」の「Freak」という名の腕時計である。値段は350万円。これは高すぎるので記念品の候補にはなっていない。

　ここで取り上げた理由は他にある。まずその時計の外観$${^{*4}}$$を見て頂きたい。普通の機械式腕時計にある細い針がない。その代わり時計の作動機構$${^{*5}}$$自体が分針$${^{*6}}$$と時針$${^{*7}}$$の役目をしている。従って作動機構自体が文字盤の中で回転するようになっている。作動機構が針の役目をしているので意匠的にも見栄えをよくするため左右対称に設計されている。通常の時計の作動機構は左右対称にはなっていない$${^{*8}}$$。

　これだけ特徴でもここに書く価値があるが、これらは一般の時計情報誌$${^{*9}}$$でも書いてあることだ。これからが久しぶりに感動したことである。

　機械式時計には針の運行を一定にするために脱進機$${^{*10}}$$という機構が付いている。通常はがんぎ（雁木）車$${^{*11}}$$とアンクル（がんぎ）$${^{*12}$$とテンプ（天府）$${^{*13}}$$ で構成されていて、往復回転運動するテンプの周期をアンクルで伝えることにより、ゼンマイの力で回ろうとするがんぎ車を一定の速度で回転させ、針を正確に運行させるのである。

　ところがこの脱進機の重要部品であるがんぎ車とアンクルをなくしたのが「Freak」である。これによって摩擦を最小限に押さえるアンクルの先に付いているルビーも油も不要になったらしい。

　その機構はがんぎ車の代わりに二つの同じ大きさの歯車$${^{*14}}$$を使用している。その両方の歯車には他よりも少し突起のある数本の歯が等間隔に並んでいる。テンプの動きに合わせて二つの歯車の少し出っ張った歯を交互に引っ掛けて止めることにより、一定の周期を作り出している。

　この二つの歯車は摩擦と摩耗をできるだけ無くしたいのでその材料は固くて軽い材料がいい。しかも小さな部品なので微細加工がし易い材料が適している。そこでその材料として採用されたのはシリコン単結晶$${^{*15}}$$である。

　このシリコン単結晶を薄く輪切りにしたウェハ$${^{*16}}$$を用いて一度に大量の歯車を作る。歯車の映像をシリコンウェハに転写$${^{*17}}$$してプラズマエッチング$${^{*18}}$$という方法を使ってウェハを歯車の形$${^{*19}}$$に削る。この技術はLSI製造技術の応用である。ただし歯車を作るにはLSIを製造するのとは少し違うこと$${^{*20}}$$をしなければならないだろう。このような加工は機械時計製造会社ではできないので、この歯車の製造技術を開発したスイス電子マイクロテクノロジー研究センタ$${^{*21}}$$で製造しているはずである。

　デジタル時計などに用いられるLSI$${^{*22}}$$を作るためのシリコン単結晶とLSI製造技術とを使って機械式腕時計の機械部品を作ったところが凄いのである。

*1　20010104　物欲を抑える方法
*2　とけいビギンnet
*3　Ulysse Nardin - Mechanical Chronometers and other rare timepieces
*4　Ulysse Nardin - Freak
*5　Automatic Chronograph Caliber Zenith El Primero 410 (3019 PHF)
*6　Freak Movement - Minutes
*7　Freak Movement - Hours
*8　Project 99 -- Parts One and Two
*9　MONO ONLINE | バックナンバーリスト
*10　時計の心臓部 ＜テンプ＞
*11　輪列からエスケープへ
*12　輪列からエスケープへ
*13　じしゃく忍法帳 / 第42回「時計と磁石」の巻
*14　特開2000-304873
*15　20000428　CZ
*16　Silicon Wafer Production Process | GlobalWafers Japan
*17　パターン形成
*18　超ＬＳＩにおける超微細加工技術
*19　http://mems.cwru.edu/shortcourse/figure/I_2.12.gif
*20　2 MICROFABRICATION AND MICROMACHINING
*21　CSEM - Swiss research and technology organization
*22　LSIの世界